我國(guó)西北內(nèi)陸棉花品種生態(tài)區(qū)劃分與試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)*

喬銀桃, 孫世賢, 趙素琴, 楊曉妮, 許乃銀**

(1. 江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 鎮(zhèn)江 212001; 2. 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所 南京 210014; 3. 全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心 北京 100125; 4. 新疆維吾爾自治區(qū)種業(yè)發(fā)展中心 烏魯木齊 830006)

我國(guó)西北內(nèi)陸棉區(qū)地域遼闊, 涵蓋新疆維吾爾自治區(qū)吐魯番盆地、塔里木盆地和準(zhǔn)格爾盆地西南及甘肅省河西走廊西端的廣泛區(qū)域, 傳統(tǒng)植棉區(qū)域主要包括北疆和甘肅省部分地區(qū)的西北內(nèi)陸早熟棉區(qū)和分布于南疆的西北內(nèi)陸早中熟棉區(qū), 是我國(guó)當(dāng)前最重要的主產(chǎn)棉區(qū), 棉花(L.)種植面積占全國(guó)棉花總面積的80%以上。國(guó)家棉花品種試驗(yàn)每年在北疆(包括甘肅省河西走廊西端)和南疆(天山以南塔里木盆地周緣)分別設(shè)置有早熟棉組和早中熟棉組區(qū)域試驗(yàn)。由于西北內(nèi)陸棉區(qū)地理區(qū)域跨度大, 在棉花生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中不可避免地受到基因型與環(huán)境互作效應(yīng)的影響, 相同的品種在西北內(nèi)陸不同生態(tài)環(huán)境下種植存在著明顯的區(qū)域差異?？茖W(xué)評(píng)價(jià)西北內(nèi)陸棉區(qū)的棉花品種生態(tài)區(qū)和品種試驗(yàn)環(huán)境的特性, 有利于提高棉花品種試驗(yàn)效率, 有助于保障西北內(nèi)陸棉區(qū)棉花生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展?；蛐椭餍?yīng)加基因型與環(huán)境互作效應(yīng)(genotype main effect plus genotype by environment interaction effect, GGE)雙標(biāo)圖是目前研究品種與環(huán)境互作最有效的工具, 在品種穩(wěn)定性分析、生態(tài)區(qū)探索和試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)等方面得到了廣泛應(yīng)用。LG (location grouping)雙標(biāo)圖是在GGE模型基礎(chǔ)上新開(kāi)發(fā)的功能圖, 可以更加客觀地評(píng)價(jià)品種生態(tài)區(qū)。許乃銀等采用GGE雙標(biāo)圖方法分析了全國(guó)主產(chǎn)棉區(qū)棉花纖維品質(zhì)生態(tài)區(qū)域特征, 表明北疆和南疆棉區(qū)屬于低馬克隆值生態(tài)區(qū)。唐淑榮等也采用GGE雙標(biāo)圖方法研究了西北內(nèi)陸棉區(qū)纖維品質(zhì)生態(tài)區(qū)劃分, 將西北內(nèi)陸棉區(qū)劃分為優(yōu)質(zhì)纖維生態(tài)區(qū)、普通優(yōu)質(zhì)纖維生態(tài)區(qū)和普通纖維生態(tài)區(qū)。目前基于西北內(nèi)陸棉區(qū)棉花產(chǎn)量性狀的品種生態(tài)區(qū)劃分和試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)的研究尚少見(jiàn)報(bào)道。本研究基于2011?2020年西北內(nèi)陸棉區(qū)國(guó)家棉花品種區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù), 利用LG雙標(biāo)圖方法探索西北內(nèi)陸棉區(qū)試驗(yàn)環(huán)境的相關(guān)性模式, 并采用GGE雙標(biāo)圖的“代表性與鑒別力”功能圖對(duì)試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià), 為西北內(nèi)陸棉區(qū)棉花品種選育和品種區(qū)域試驗(yàn)方案優(yōu)化提供理論依據(jù)和決策支持, 也為其他作物的類似研究提供范例。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)來(lái)源于2011?2020年期間西北內(nèi)陸棉區(qū)國(guó)家棉花品種區(qū)域試驗(yàn)的早熟棉區(qū)和早中熟棉區(qū)品種試驗(yàn)報(bào)告。2011?2020年期間承擔(dān)西北內(nèi)陸棉花品種試驗(yàn)達(dá)6年以上的相對(duì)穩(wěn)定的試驗(yàn)點(diǎn)主要包括早熟棉區(qū)的新疆博樂(lè)、精河、沙灣、五家渠、奎屯、石河子、烏蘇和甘肅敦煌等8個(gè)試驗(yàn)環(huán)境(即試點(diǎn))和早中熟棉區(qū)的阿拉爾、圖木舒克、巴州、庫(kù)車、莎車、麥蓋提、拜城和庫(kù)爾勒等8個(gè)試驗(yàn)環(huán)境。各試驗(yàn)環(huán)境的名稱、代碼、經(jīng)度、緯度、海拔、土壤類型和試驗(yàn)?zāi)晗薜刃畔⒃斠?jiàn)表1。各試驗(yàn)點(diǎn)均采用隨機(jī)區(qū)組排列, 3次重復(fù), 小區(qū)面積20 m左右, 田間管理參照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田管理實(shí)施。

表1 2011?2020年西北內(nèi)陸國(guó)家棉花品種區(qū)域試驗(yàn)環(huán)境的地理因子Table1 Geographical factors of trial environments in the national cotton variety trials in the Northwest Inland cotton production region in 2011?2020

1.2 統(tǒng)計(jì)分析方法

首先, 依據(jù)各試驗(yàn)環(huán)境中各年參試品種的產(chǎn)量表現(xiàn), 分析試驗(yàn)環(huán)境間的相關(guān)性。其次, 基于試驗(yàn)環(huán)境多年相關(guān)系數(shù)矩陣進(jìn)行奇異值分解(singular value decomposition, SVD), 不進(jìn)行數(shù)據(jù)中心化和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化(Centering=0, Scaling=0), 生成LG雙標(biāo)圖以直觀展示試驗(yàn)環(huán)境的相互關(guān)系模式。LG雙標(biāo)圖中的試點(diǎn)圖標(biāo)由各年份試驗(yàn)的平均坐標(biāo)表示。相比于試點(diǎn)間的相關(guān)性分析, LG雙標(biāo)圖更直觀地表達(dá)試驗(yàn)環(huán)境間的關(guān)系, 可用于探索棉花生態(tài)區(qū)的劃分和試驗(yàn)環(huán)境的直觀評(píng)價(jià)。第三, 試驗(yàn)環(huán)境的代表性參數(shù)在GGE雙標(biāo)圖中, 用試驗(yàn)環(huán)境向量與平均環(huán)境軸夾角的余弦值表示, 試驗(yàn)環(huán)境對(duì)品種間遺傳差異的鑒別力參數(shù)用試驗(yàn)環(huán)境的向量長(zhǎng)度表示, 而試驗(yàn)環(huán)境的鑒別力與代表性的乘積稱為理想指數(shù), 用于對(duì)試驗(yàn)環(huán)境理想程度的綜合評(píng)價(jià)。采用GGE雙標(biāo)圖方法計(jì)算每年各試驗(yàn)環(huán)境在生態(tài)區(qū)中的鑒別力、代表性和理想指數(shù), 參照Baxevanos等的方法, 將各年試驗(yàn)環(huán)境的評(píng)價(jià)指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化后, 再采用最小顯著差數(shù)法(LSD法)對(duì)試驗(yàn)環(huán)境各指標(biāo)的差異進(jìn)行多重比較, 以對(duì)試驗(yàn)環(huán)境的鑒別力、代表性和理想指數(shù)等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 西北內(nèi)陸棉區(qū)棉花品種試驗(yàn)環(huán)境相關(guān)性分析

依據(jù)2011?2020年西北內(nèi)陸棉區(qū)國(guó)家棉花品種區(qū)域試驗(yàn)中各試驗(yàn)環(huán)境的皮棉產(chǎn)量性狀表現(xiàn), 逐年分析各試點(diǎn)間的相關(guān)性, 將早熟棉組和早中熟棉組各試點(diǎn)間多年相關(guān)系數(shù)的平均值分別列于表2和表3。

早熟組各試點(diǎn)間的相關(guān)性表現(xiàn)為: 1)早熟組各試驗(yàn)環(huán)境間只有烏蘇點(diǎn)與博樂(lè)和石河子點(diǎn)之間為負(fù)相關(guān), 其余各試驗(yàn)環(huán)境間均表現(xiàn)為正相關(guān)。2)烏蘇點(diǎn)與其余試點(diǎn)的平均相關(guān)系數(shù)最低, 顯著低于其余各試點(diǎn)的平均相關(guān)系數(shù); 其余各試點(diǎn)的平均相關(guān)系數(shù)分布于0.221～0.351之間, 差異不顯著。3)各試驗(yàn)環(huán)境與其余試點(diǎn)間的相關(guān)性強(qiáng)弱排序?yàn)樯碁?精河>五家渠>石河子>敦煌>博樂(lè)>奎屯>烏蘇(表2)。

表2 2011—2020年西北內(nèi)陸棉區(qū)早熟組棉花品種皮棉產(chǎn)量的試驗(yàn)環(huán)境間相關(guān)系數(shù)Table2 Average Pearson correlation coefficients among test locations across tested genotypes based on the lint yield data of the early-maturing cotton variety trials in the Northwest Inland cotton production region in 2011?2020

早中熟組各試點(diǎn)間的相關(guān)性表現(xiàn)為: 1)早中熟組各試驗(yàn)環(huán)境中的麥蓋提點(diǎn)表現(xiàn)特殊, 與其余7個(gè)試點(diǎn)中的巴州、庫(kù)車、庫(kù)爾勒和圖木舒克等4個(gè)試點(diǎn)之間為負(fù)相關(guān), 平均相關(guān)系數(shù)為負(fù)值, 與其余各試驗(yàn)環(huán)境間的差異達(dá)到顯著水平。2)其余各試點(diǎn)間均表現(xiàn)為正相關(guān), 平均相關(guān)系數(shù)分布于0.274～0.352之間, 差異不顯著。3)各試驗(yàn)環(huán)境與其余試點(diǎn)間的相關(guān)性強(qiáng)弱排序?yàn)榘⒗瓲?圖木舒克>拜城>庫(kù)車>莎車>庫(kù)爾勒>巴州>麥蓋提(表3)。

表3 2011—2020年西北內(nèi)陸棉區(qū)早中熟組棉花品種試驗(yàn)環(huán)境間平均相關(guān)系數(shù)矩陣Table3 Average Pearson correlation coefficients among test locations across tested genotypes based on the lint yield data of the medium-early maturing cotton variety trials in the Northwest Inland cotton production region in 2011?2020

綜上所述, 各試點(diǎn)間的相關(guān)分析表明早熟組的烏蘇試點(diǎn)和早中熟組的麥蓋提試點(diǎn)與其余試點(diǎn)的相關(guān)性弱或?yàn)樨?fù)相關(guān), 表現(xiàn)特殊; 而其余試點(diǎn)之間的相關(guān)性表現(xiàn)較好, 差異不顯著。

2.2 基于LG雙標(biāo)圖的西北內(nèi)陸棉區(qū)試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)

LG雙標(biāo)圖是試點(diǎn)間各年份相關(guān)系數(shù)及多年相關(guān)系數(shù)矩陣的二維主成分分析視圖(圖1), 圖中連接原點(diǎn)到各試點(diǎn)圖標(biāo)的粗線條表達(dá)試點(diǎn)間的平均相關(guān)系數(shù)矩陣(表2、表3), 而連接各試點(diǎn)圖標(biāo)到年份的細(xì)線表達(dá)了試點(diǎn)在年份間的變異程度, 如Usu-11表示烏蘇點(diǎn)2011年的數(shù)值。由圖1a可見(jiàn), 西北內(nèi)陸棉區(qū)早熟組品種試驗(yàn)的8個(gè)試點(diǎn)中的7個(gè)試點(diǎn)向量交叉重疊相關(guān)性好, 屬于同一生態(tài)區(qū); 而烏蘇點(diǎn)(USU)向量與其余試點(diǎn)向量夾角較大, 而且在各年份中基本與其余試點(diǎn)無(wú)交叉, 說(shuō)明烏蘇點(diǎn)情況特殊, 與其余試點(diǎn)不屬于同一個(gè)生態(tài)區(qū), 對(duì)早熟組的試驗(yàn)代表性差。由圖1b可見(jiàn), 西北內(nèi)陸棉區(qū)早中熟組品種試驗(yàn)的8個(gè)試點(diǎn)中的7個(gè)試點(diǎn)向量交叉重疊相關(guān)性好, 屬于同一生態(tài)區(qū); 麥蓋提點(diǎn)(MAKIT)向量與其他7個(gè)試點(diǎn)向量間夾角平均接近直角, 且與圖木舒克(TUMXUK)、拜城(BAICHENG)和庫(kù)爾勒(KORLA)等3個(gè)試驗(yàn)環(huán)境的向量夾角呈鈍角, 在各年份中與其余試點(diǎn)基本無(wú)交叉, 說(shuō)明麥蓋提點(diǎn)與其他試驗(yàn)環(huán)境相關(guān)性小, 與其他試點(diǎn)不屬于同一生態(tài)區(qū)。

圖1 2011—2020年西北內(nèi)陸棉區(qū)早熟組(a)和早中熟組(b)棉花品種區(qū)域試驗(yàn)的LG雙標(biāo)圖Fig.1 Location-grouping (LG) biplots of the early-maturing group (a) and medium-early maturing group (b) of cotton variety trials in the Northwest Inland cotton production region in 2011?2020

2.3 基于單年多點(diǎn)試驗(yàn)GGE雙標(biāo)圖的試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)

2.3.1 GGE雙標(biāo)圖“鑒別力與代表性”功能圖的表達(dá)方式

試驗(yàn)環(huán)境可以從對(duì)目標(biāo)品種生態(tài)區(qū)的代表性和對(duì)參試品種遺傳差異的鑒別力兩個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。以2013年西北內(nèi)陸棉區(qū)早中熟組國(guó)家棉花區(qū)域試驗(yàn)各試點(diǎn)皮棉產(chǎn)量性狀GGE雙標(biāo)圖的“代表性和鑒別力”功能圖為例(圖2), 圖2中紅色小圓圈為“平均環(huán)境”圖標(biāo), 通過(guò)原點(diǎn)和平均環(huán)境的射線為平均環(huán)境軸。試點(diǎn)代表性用試點(diǎn)向量與平均環(huán)境軸夾角的余弦值表示, 夾角越小, 其代表性越強(qiáng)。試點(diǎn)鑒別力用試點(diǎn)向量長(zhǎng)度表示, 向量長(zhǎng)度越長(zhǎng), 鑒別力越高。圖2表明, 莎車(Shache)和圖木舒克(Tumxuk)試點(diǎn)向量與平均環(huán)境軸的夾角最小, 對(duì)目標(biāo)生態(tài)區(qū)的代表性最好; 庫(kù)車(Kuqa)、巴州(Bazhou)和拜城(Baicheng)試點(diǎn)向量與平均環(huán)境軸的夾角較好, 代表性較好; 而麥蓋提(Makit)和阿拉爾(Alaer)試點(diǎn)向量與平均環(huán)境軸的夾角較大, 代表性較差。從試點(diǎn)向量長(zhǎng)度來(lái)看, 麥蓋提的鑒別力最強(qiáng), 莎車、圖木舒克、庫(kù)車和巴州(Bazhou)次之, 阿拉爾較弱, 拜城的鑒別力最弱。

圖2 2013年西北內(nèi)陸棉區(qū)早中熟組棉花區(qū)試點(diǎn)“鑒別力與代表性”GGE雙標(biāo)圖Fig.2 “Discrimination and representativeness” view of the GGE biplot for the medium-early maturing cotton trial dataset in the Northwest Inland cotton production region in 2013

2.3.2 試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)的量化指標(biāo)

在GGE雙標(biāo)圖中試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)的量化指標(biāo)包括以試驗(yàn)環(huán)境向量與平均環(huán)境軸夾角大小表示的試點(diǎn)代表性參數(shù)、以試驗(yàn)環(huán)境的向量長(zhǎng)度表示的鑒別力參數(shù)、以代表性和鑒別力乘積表示的理想指數(shù)。GGE雙標(biāo)圖是計(jì)算量化指標(biāo)的基礎(chǔ), 量化指標(biāo)是對(duì)GGE雙標(biāo)圖展示的試點(diǎn)特征的定量化評(píng)價(jià)。2013年西北內(nèi)陸棉區(qū)早中熟組國(guó)家棉花區(qū)域試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)的量化指標(biāo)列于表4。各試驗(yàn)環(huán)境的鑒別力排序?yàn)辂溕w提>莎車>圖木舒克>庫(kù)車>巴州>阿拉爾>拜城;各試驗(yàn)環(huán)境對(duì)目標(biāo)環(huán)境的代表性排序?yàn)樯?圖木舒克>庫(kù)車=巴州>拜城>阿拉爾>麥蓋提; 試驗(yàn)環(huán)境的理想指數(shù)排序?yàn)樯?圖木舒克>庫(kù)車>巴州>麥蓋提>拜城>阿拉爾。

表4 2013年西北內(nèi)陸棉區(qū)早中熟組國(guó)家棉花品種區(qū)域試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)參數(shù)Table4 Standardized trial location evaluation parameters based on “discrimination and representativeness” GGE biplot for the medium-early maturing cotton trial dataset in the Northwest Inland national cotton production region in 2013

2.4 基于多年多點(diǎn)試驗(yàn)GGE雙標(biāo)圖的試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)

依據(jù)一年多點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)通常不能科學(xué)地評(píng)價(jià)試驗(yàn)環(huán)境, 必須基于多年多點(diǎn)品種試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)。在多年多點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上, 歸納出試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)在多年試驗(yàn)中的重復(fù)性和規(guī)律性, 才可以對(duì)試驗(yàn)環(huán)境做出科學(xué)評(píng)價(jià)。在采用GGE雙標(biāo)圖對(duì)2011?2020年期間西北內(nèi)陸棉區(qū)早熟組和早中熟組棉花品種區(qū)域試驗(yàn)產(chǎn)量數(shù)據(jù)逐年分析的基礎(chǔ)上, 將各年各試驗(yàn)環(huán)境的代表性、鑒別力和理想指數(shù)等量化評(píng)價(jià)指標(biāo)歸納于表5。

2.4.1 西北內(nèi)陸北部早熟棉區(qū)試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)

2011?2020年期間西北內(nèi)陸北部早熟棉區(qū)(位于北疆和甘肅)各試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)列于表5。從表5可知: 1)各試點(diǎn)鑒別力表現(xiàn), 敦煌和奎屯的鑒別力最強(qiáng), 博樂(lè)、五家渠、石河子、沙灣和精河試點(diǎn)的鑒別力較強(qiáng), 烏蘇點(diǎn)鑒別力稍差; 各試驗(yàn)環(huán)境的鑒別力強(qiáng)弱差異均未達(dá)顯著水平, 鑒別力數(shù)值排序?yàn)槎鼗?奎屯>博樂(lè)>五家渠>石河子>沙灣>精河>烏蘇。2)各試點(diǎn)的代表性以精河、沙灣和五家渠點(diǎn)的最好, 石河子、博樂(lè)、敦煌和奎屯點(diǎn)代表性較好, 烏蘇試點(diǎn)的代表性較差; 各試驗(yàn)環(huán)境代表性差異顯著性檢驗(yàn)表明, 精河、沙灣和五家渠點(diǎn)的代表性顯著優(yōu)于烏蘇點(diǎn), 石河子、博樂(lè)、敦煌和奎屯點(diǎn)代表性與其余試點(diǎn)的差異均不顯著; 各試驗(yàn)環(huán)境代表性排序?yàn)?精河>沙灣>五家渠>石河子>博樂(lè)>敦煌>奎屯>烏蘇。3)各試點(diǎn)的理想指數(shù)以沙灣點(diǎn)表現(xiàn)最好, 精河、五家渠、敦煌、博樂(lè)、石河子和奎屯點(diǎn)表現(xiàn)較好, 烏蘇點(diǎn)理想指數(shù)較差; 各試驗(yàn)環(huán)境代表性差異顯著性檢驗(yàn)表明, 沙灣點(diǎn)顯著優(yōu)于烏蘇點(diǎn), 精河、五家渠、敦煌、博樂(lè)、石河子和奎屯點(diǎn)與其余試點(diǎn)差異均不顯著; 各試驗(yàn)環(huán)境的理想指數(shù)次序?yàn)? 沙灣>精河>五家渠>敦煌>博樂(lè)>石河子>奎屯>烏蘇。

表5 2011?2020年西北內(nèi)陸棉區(qū)國(guó)家棉花品種區(qū)域試驗(yàn)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)參數(shù)Table5 Standardized trial location evaluation parameters based on “discrimination and representativeness” GGE biplot for the Northwest Inland national cotton variety trials from 2011 to 2020

2.4.2 西北內(nèi)陸南疆早中熟棉區(qū)試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)

2011?2020年期間西北內(nèi)陸南疆早中熟棉區(qū)(位于南疆)各試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)如表5所示: 1)各試點(diǎn)鑒別力表現(xiàn)為麥蓋提和拜城試點(diǎn)最強(qiáng), 庫(kù)車、莎車、阿拉爾、圖木舒克、巴州和庫(kù)爾勒試點(diǎn)的鑒別力較強(qiáng); 各試驗(yàn)環(huán)境的鑒別力強(qiáng)弱差異均未達(dá)顯著水平, 鑒別力數(shù)值排序?yàn)? 麥蓋提>拜城>庫(kù)車>莎車>阿拉爾>圖木舒克=巴州>庫(kù)爾勒。2)各試點(diǎn)代表性表現(xiàn)巴州最好, 圖木舒克、阿拉爾、庫(kù)爾勒和莎車的代表性好, 拜城和庫(kù)車點(diǎn)鑒別力較好, 麥蓋提點(diǎn)的代表性很差; 各試驗(yàn)環(huán)境代表性差異顯著性檢驗(yàn)表明, 麥蓋提的代表性顯著低于其余各試點(diǎn), 其余各試點(diǎn)間差異不顯著; 各試驗(yàn)環(huán)境的代表性排序?yàn)? 巴州>圖木舒克>阿拉爾>庫(kù)爾勒>莎車>拜城>庫(kù)車>麥蓋提。3)各試點(diǎn)的理想指數(shù)以巴州、圖木舒克和阿拉爾點(diǎn)表現(xiàn)最好, 庫(kù)爾勒、莎車、拜城和庫(kù)車點(diǎn)表現(xiàn)較好, 麥蓋提點(diǎn)理想指數(shù)很差; 各試驗(yàn)環(huán)境理想指數(shù)差異顯著性檢驗(yàn)表明, 麥蓋提的代表性顯著低于其余各試點(diǎn), 其余各試點(diǎn)間差異不顯著; 各試驗(yàn)環(huán)境的理想指數(shù)排序?yàn)? 巴州>圖木舒克>阿拉爾>庫(kù)爾勒>莎車>拜城>庫(kù)車>麥蓋提。

3 結(jié)論與討論

農(nóng)作物區(qū)域試驗(yàn)中的試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)主要是依據(jù)其對(duì)基因型差異的鑒別能力、對(duì)目標(biāo)區(qū)域或環(huán)境的代表性以及理想指數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。由于試驗(yàn)環(huán)境對(duì)品種的鑒別能力和代表性受到多種因素的影響, 因而對(duì)試驗(yàn)環(huán)境的綜合評(píng)價(jià)也需要建立在對(duì)多年多環(huán)境品種試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上, 才能給出對(duì)試驗(yàn)環(huán)境的科學(xué)評(píng)價(jià)。GGE雙標(biāo)圖是應(yīng)用區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)和理想試點(diǎn)篩選的最有效的工具, 而LG雙標(biāo)圖是在對(duì)各年份試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行遺傳相關(guān)分析的基礎(chǔ)上, 將多年的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行疊加, 形成多年的試點(diǎn)間相關(guān)系數(shù)表, 再進(jìn)行奇異值分解, 取前2個(gè)主成分構(gòu)建而成。利用GGE雙標(biāo)圖進(jìn)行品種生態(tài)區(qū)劃分時(shí), 需要根據(jù)各年的品種表現(xiàn)對(duì)試點(diǎn)進(jìn)行分類, 并進(jìn)行多年綜合, 因而不可避免地受到年份間品種變化的影響。LG雙標(biāo)圖基于試驗(yàn)環(huán)境間多年的相關(guān)系數(shù)矩陣對(duì)試點(diǎn)間關(guān)系的綜合評(píng)價(jià)和生態(tài)區(qū)劃分, 因此, LG雙標(biāo)圖相比于GGE雙標(biāo)圖, 在評(píng)價(jià)試驗(yàn)環(huán)境間關(guān)系和品種生態(tài)區(qū)探索與劃分方面更加客觀和高效。Yan等采用GGE雙標(biāo)圖方法分析了加拿大燕麥(L.)品種試驗(yàn)產(chǎn)量數(shù)據(jù), 將加拿大燕麥生產(chǎn)區(qū)域劃分為安大略省東南部銹病易發(fā)區(qū)、加?xùn)|生產(chǎn)區(qū)和大草原產(chǎn)區(qū)等3個(gè)區(qū)域特征明顯的品種生態(tài)區(qū)。許乃銀等采用GGE雙標(biāo)圖方法對(duì)長(zhǎng)江流域棉花區(qū)域試驗(yàn)的試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)地分析, 篩選出 “最理想” “理想” “較理想”和“不理想”的試驗(yàn)環(huán)境, 其后又分別基于棉花纖維長(zhǎng)度、比強(qiáng)度、馬克隆值和綜合選擇指數(shù)對(duì)長(zhǎng)江流域試驗(yàn)環(huán)境的代表性、鑒別力和理想環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)評(píng)價(jià)。唐淑榮等運(yùn)用GGE雙標(biāo)圖方法研究了西北內(nèi)陸棉區(qū)試驗(yàn)環(huán)境與參試品種纖維品質(zhì)性狀的互作模式, 將西北內(nèi)陸棉區(qū)都劃分為優(yōu)質(zhì)棉纖維生態(tài)區(qū)、普通優(yōu)質(zhì)棉纖維生態(tài)區(qū)和普通棉纖維生態(tài)區(qū)。

本研究基于2011?2020年期間西北內(nèi)陸棉區(qū)早熟組和早中熟組品種試驗(yàn)的皮棉產(chǎn)量, 采用試點(diǎn)間相關(guān)性分析、LG雙標(biāo)圖和GGE雙標(biāo)圖方法對(duì)試驗(yàn)環(huán)境的鑒別力、代表性和理想指數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)研究發(fā)現(xiàn): 1)西北內(nèi)陸早熟棉區(qū)除烏蘇試點(diǎn)外的沙灣、五家渠、奎屯、石河子、敦煌、博樂(lè)和精河等試點(diǎn)均屬于同一品種生態(tài)區(qū); 南疆早中熟棉區(qū)除麥蓋提試點(diǎn)外的巴州、阿拉爾、莎車、庫(kù)車、拜城、庫(kù)爾勒和圖木舒克等試點(diǎn)屬于同一品種生態(tài)區(qū)。2)基于GGE雙標(biāo)圖采用“逐年分析, 多年歸納”方法對(duì)試驗(yàn)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明, 早中熟棉區(qū)麥蓋提試點(diǎn)的鑒別力最強(qiáng), 但與各試驗(yàn)環(huán)境的鑒別力差異不顯著; 麥蓋提試點(diǎn)的代表性與理想指數(shù)顯著差于其余試點(diǎn)。早熟棉區(qū)的烏蘇試點(diǎn)的鑒別力在各試點(diǎn)中表現(xiàn)最差、代表性及理想指數(shù)顯著差于其余試點(diǎn)。3)早熟棉區(qū)各試驗(yàn)環(huán)境依據(jù)理想指數(shù)的綜合優(yōu)劣排序?yàn)樯碁?精河>五家渠>敦煌>博樂(lè)>石河子>奎屯>烏蘇, 早中熟棉區(qū)各試驗(yàn)環(huán)境的理想指數(shù)綜合優(yōu)劣排序?yàn)榘椭?圖木舒克>阿拉爾>庫(kù)爾勒>莎車>拜城>庫(kù)車>麥蓋提。

綜上所述, 試驗(yàn)環(huán)境間相關(guān)性分析、LG雙標(biāo)圖分析和GGE雙標(biāo)圖分析從不同的側(cè)面體現(xiàn)了共同的結(jié)論, 即西北內(nèi)陸棉區(qū)試驗(yàn)環(huán)境中烏蘇點(diǎn)和麥蓋提點(diǎn)與其他試點(diǎn)基本不屬于同一品種生態(tài)區(qū)。麥蓋提的土壤類型為灌淤土, 同區(qū)域其余試驗(yàn)的土壤類型以沙壤土為主, 可能對(duì)其鑒別力影響較大。麥蓋提和烏蘇試點(diǎn)在經(jīng)度、緯度、海拔和氣候等環(huán)境因素與同區(qū)域鄰近試點(diǎn)條件相似, 試驗(yàn)田間管理差異可能是導(dǎo)致其表現(xiàn)特殊的主要原因。麥蓋提試點(diǎn)的鑒別力很好, 可以作為育種材料初步比較選擇的試點(diǎn), 但因?qū)δ繕?biāo)環(huán)境的代表性差, 不適合作為品種區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)。烏蘇點(diǎn)的鑒別力和代表性都較差, 也不適合作為品種區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)。因此, 在品種試驗(yàn)方案優(yōu)化中應(yīng)當(dāng)考慮更換試點(diǎn), 以提高試驗(yàn)的總體代表性和品種選擇效率。本研究充分展示了LG雙標(biāo)圖GGE雙標(biāo)圖在區(qū)域試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)中的應(yīng)用效果, 為西北內(nèi)陸棉區(qū)棉花品種試驗(yàn)方案優(yōu)化提供了理論依據(jù), 也可為其他作物和其他目標(biāo)區(qū)域的類似研究提供參考。